• Title/Summary/Keyword: 유출모형

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Application of Moving Design Storm for Rainfall-Runoff Simulation (이동설계강우의 적용성 연구)

  • Oh, Kyoung-Doo;Lee, Soon-Cheol;Ahn, Won-Sik;Jun, Byong-Ho;Ryu, Jae-He
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2008.05a
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    • pp.244-248
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    • 2008
  • 홍수량산정과 관련하여 국내 실무에서 어려움을 겪는 가장 큰 문제는 설계강우의 결정이다. 설계강우와 관련하여 세부적으로 살펴보면 크게 강우의 시간분포(예를 들면 Huff, Mononobe, 교호블록 등), 강우의 공간분포(ARF 적용 등)의 두가지 문제로 집약될 수 있다. 본 논문에서는 강우의 시간분포와 공간분포에 관련된 문제를 동시에 해결할 수 있는 방법으로 교호블록형 이동설계강우에 대한 적용 방법을 제안하고 그 적용성을 검토하였다. 본 연구에서는 국내에서 연구된 강우의 이동속도와 여름철 저기압기단과 태풍의 이동속도 등을 감안하고 나아가 표준화된 방법으로서 적용의 용이성 등을 고려하여 강우의 이동속도 $\upsilonv\;=\;10km/hr$, $\Delta\;=\;10km$ 간격으로 직사각형 띠 형태로 연결되는 이동강우를 채택하였다. 강우의 이동방향은 서$\rightarrow$동, 남$\rightarrow$북, 남서$\rightarrow$북동의 3가지 방향을 기준하였다. 유역특성 이동강우 3가지(서$\rightarrow$동, 남$\rightarrow$북, 남서$\rightarrow$북동)와 정체강우 2가지(유역평균, 유역특성) 등 총 5가지 경우에 대하여 100년 빈도 48시간 설계강우를 한강유역의 분포형 강우-유출 모형에 적용하여 그 결과를 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다. (1) 정체강우에 있어서 유역평균강우와 유역특성강우에 대한 홍수량 비교를 통하여 해당 유역의 홍수량과 강우량과의 관계를 판단할 수 있었다. 충주댐유역의 경우 한강유역 전체에 대한 평균 100년 빈도 강우가 내린다면 23,000cms까지도 발생할 수 있으나 충주댐유역 100년 빈도에 해당하는 강우량으로는 18,000cms 정도의 홍수량이 발생하여 상대적으로 강우량이 적은 지역으로 나타났다. 반면에 임진강하류부는 한강유역평균강우 보다 더 많은 강우량이 내림으로 인하여 홍수량이 증가하는 유역임을 알 수 있었다. (2) 이동설계강우에 대하여 분석한 결과 유역이 매우 크거나 매우 작으면 강우의 이동방향에 대한 영향이 상대적으로 감소해가는 반면에 중규모 유역에서 상대적으로 영향이 크게 나타났다. 한강하구와 같은 대유역의 경우 여러 방향의 유역들이 유출에 기여하기 때문에 강우의 이동방향에 대한 영향이 상쇄되기 때문으로 분석되었다. 반면에 매우 작은 소유역의 경우는 전체 유역이 단일 강우강도의 영향권에 놓이게 되므로 이동방향의 영향이 나타나지 않는 것으로 나타났다. (3) 정체설계강우와 이동설계강우의 비교를 통하여 한강하구와 같은 대유역의 이동강우에 대한 ARF 효과를 간접 측정할 수 있었다. (4) 정체설계강우 보다 이동설계강우가 오히려 더 큰 첨두홍수량을 발생시키는 유역들이 있었다. 이와 같은 수문현상은 기존 정체형 설계강우로는 분석이 어려운 현상으로서 강우와 유역특성에 대한 보다 심층적인 연구 필용성을 제기하고 있다.

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A Neural Networks Model for Flow Forecasting in Nakdong River Basin (낙동강 유역에서의 유량 예측 신경망 모형에 관한 연구)

  • Han, Kun-Yeun;Kim, Dong-Il;Choi, Hyun-Gu;Yoon, Young-Sam
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2008.05a
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    • pp.1727-1731
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    • 2008
  • 수자원의 효율적인 관리를 위해서는 신뢰성 있는 유량자료의 획득이 대단히 중요하다. 우리나라는 양질의 유량자료를 획득하기 위해 매년 많은 시간과 돈을 투자하고 있으나 자료의 질적인 면에서 만족할 만한 성과를 얻지 못하고 있다. 현재까지 우리나라의 유량자료는 댐의 수문자료와 수량관리 부처인 건교부에서 운영하는 수위표 지점의 수위-유량곡선에서 산출된 자료에 의존하고 있다. 그러나 수위-유량 관계식을 보정하기 위한 유량측정사업이 지속적이지 못하며, 이 관계식은 유량이 적은 저수기 및 갈수기에는 부정확하다는 한계가 있다. 또한, 국립환경과학원 낙동강물환경연구소에서 오염총량관리를 위한 낙동강수계 유량측정사업을 실시하고 있지만, 목적은 낙동강수계의 오염총량관리 단위유역 말단 47개 지점에서 유량측정을 효율적으로 실시하여 수질정책의 기초자료를 제공하는데 있다. 이 자료 역시 오염총량관리를 위하여 유량측정을 실시하여 수자원의 효율적인 관리를 위한 일 유량을 알 수가 없는 한계점을 가지고 있다. 따라서 저수기 및 갈수기에 수질정책의 기초자료를 제공하기 위해서 하천을 포함한 유역의 정확한 강우-유출특성의 파악이 필요하다. 그러나 강우-유출특성 또한 유역 내 강우의 시 공간적 분포가 다르며 그 자가 비선형성이 강하고 여러 변동성을 포함하므로, 강우로부터 하천의 유출량의 정확한 해석이 불가능하다. 그러나 최근 인공지능 분야에서 신호처리, 지능제어 및 패턴인식 등의 수단으로 사용되고 있는 신경망은 학습이라는 최적화 과정을 통해 입력과 출력으로 구성되는 하나의 시스템을 비선형적으로 구축할 수 있으며 이러한 이점을 활용하여 수자원 분야에서 다양하게 적용되고 있다. 본 연구의 목적은 강우-유출자료 및 댐 방류량 자료의 비선형적인 특정을 가장 잘 반영할 수 있는 신경망모형을 적용하여 수질정책의 기초자료를 제공하기 위하여 신뢰성 있는 유량자료를 산정하는 모형을 개발하는 것이다. 이를 위해서 낙동강물환경연구소에서 오염총량관리를 위한 낙동강수계 유량측정 지점 상류의 댐 방류량의 일 방류량자료와 강우자료를 입력 자료로 하여 유량을 예측할 수 있는 유량예측 신경망 모형 FFBN(Flow Forecasting By Neural)을 개발하였다. 그리고 입력 자료로서 장기유출모형인 SWAT의 모의결과를 입력 자료로 추가한 FFBNS(Flow Forecasting By Neural and SWAT)을 개발하였다. 신경망 모형의 구조는 입력층과 출력층 사이에 하나의 은닉층이 존재하는 다층 신경망으로 구성하였으며, 학습단계에서는 오류 역전파 알고리듬 학습방법 중 모멘텀법을 사용하였다. 예측된 유출량을 실측치와의 비교를 위하여 낙본D지점과 낙본 E지점에 대하여 $2005{\sim}2006$년까지의 모의 결과를 낙동 수위측정지점과 구미 수위측정지점의 실측치 통하여 복잡한 비선형성을 가지는 유출 시계열 자료에 대한 효과적인 최적의 신경망모델을 개발하여 유량을 예측하고 적용 가능성을 검토하고자 한다. 모의 결과는 수질정책의 기초자료 제공에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

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Improvement of Hydrologic Dam Risk Analysis Model Considering Uncertainty of Hydrologic Analysis Process (수문해석과정의 불확실성을 고려한 수문학적 댐 위험도 해석 기법 개선)

  • Na, Bong-Kil;Kim, Jin-Young;Kwon, Hyun-Han;Lim, Jeong-Yeul
    • Journal of Korea Water Resources Association
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    • v.47 no.10
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    • pp.853-865
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    • 2014
  • Hydrologic dam risk analysis depends on complex hydrologic analyses in that probabilistic relationship need to be established to quantify various uncertainties associated modeling process and inputs. However, the systematic approaches to uncertainty analysis for hydrologic risk analysis have not been addressed yet. In this paper, two major innovations are introduced to address this situation. The first is the use of a Hierarchical Bayesian model based regional frequency analysis to better convey uncertainties associated with the parameters of probability density function to the dam risk analysis. The second is the use of Bayesian model coupled HEC-1 rainfall-runoff model to estimate posterior distributions of the model parameters. A reservoir routing analysis with the existing operation rule was performed to convert the inflow scenarios into water surface level scenarios. Performance functions for dam risk model was finally employed to estimate hydrologic dam risk analysis. An application to the Dam in South Korea illustrates how the proposed approach can lead to potentially reliable estimates of dam safety, and an assessment of their sensitivity to the initial water surface level.

Stability Analysis of Embankment Overtopping by Initial Fluctuating Water Level (초기 변동수위를 고려한 제방 월류에 따른 안정성 분석)

  • Kim, Jin-Young;Kim, Tae-Heon;Kim, You-Seong;Kim, Jae-Hong
    • Journal of the Korean Geotechnical Society
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    • v.31 no.8
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    • pp.51-62
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    • 2015
  • It is not possible to provide resonable evidence for embankment (or dam) overtopping in geotechnical engineering, and conventional analysis by hydrologic design has not provided the evidence for the overflow. However, hydrologic design analysis using Copula function demonstrates the possibility that dam overflow occurs when estimating rainfall probability with rainfall data for 40 years based on fluctuating water level of a dam. Hydrologic dam risk analysis depends on complex hydrologic analyses in that probabilistic relationship needs to be established to quantify various uncertainties associated with modeling process and inputs. The systematic approaches to uncertainty analysis for hydrologic risk analysis have not been addressed yet. In this paper, the initial level of a dam for stability of a dam is generally determined by normal pool level or limiting the level of the flood, but overflow of probability and instability of a dam depend on the sensitivity analysis of the initial level of a dam. In order to estimate the initial level, Copula function and HEC-5 rainfall-runoff model are used to estimate posterior distributions of the model parameters. For geotechnical engineering, slope stability analysis was performed to investigate the difference between rapid drawdown and overtopping of a dam. As a result, the slope instability in overtopping of a dam was more dangerous than that of rapid drawdown condition.

Spectral Mixture Analysis Using Hyperspectral Image for Hydrological Land Cover Classification in Urban Area (도시지역의 수문학적 토지피복 분류를 위한 초분광영상의 분광혼합분석)

  • Shin, Jung-Il;Kim, Sun-Hwa;Yoon, Jung-Suk;Kim, Tae-Geun;Lee, Kyu-Sung
    • Korean Journal of Remote Sensing
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    • v.22 no.6
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    • pp.565-574
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    • 2006
  • Satellite images have been used to obtain land cover information that is one of important factors for hydrological analysis over a large area. In urban area, more detailed land cover data are often required for hydrological analysis because of the relatively complex land cover types. The number of land cover classes that can be classified with traditional multispectral data is usually less than the ones required by most hydrological uses. In this study, we present the capabilities of hyperspectral data (Hyperion) for the classification of hydrological land cover types in urban area. To obtain 17 classes of urban land cover defined by the USDA SCS, spectral mixture analysis was applied using eight endmembers representing both impervious and pervious surfaces. Fractional values from the spectral mixture analysis were then reclassified into 17 cover types according to the ratio of impervious and pervious materials. The classification accuracy was then assessed by aerial photo interpretation over 10 sample plots.

Development of integrated platform for daily streamflow prediction and assessment of hydrologic cycle improvement (유역 일유출량 산정 및 물순환 개선 평가 플랫폼 개발)

  • Kim, Hyeonjun;Jang, Cheolhee;Mitiku, Dereje;Park, Sang-Hyun;Kim, Sung
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2017.05a
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    • pp.35-35
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    • 2017
  • 유역 물순환 개선 기술은 기후변화 및 토지이용변화가 진행 중에 있거나 예상되는 지역에 대하여 강우-유출수를 지연, 저류, 침투시켜 지속가능한 물순환체계를 유지?회복하도록 하는 기술이라 할 수 있다. 기후변화 및 토지이용변화에 따른 영향을 평가하고, 지속가능한 유역 물순환체계를 구축하여 적응 전략을 체계적으로 수립하기 위해서는 물순환 개선 기술의 정립 및 개발이 필수적이다. 그러나 현재 유역 물순환 개선기술은 일부 시가화 지역에 국한되어 있어 유역 규모의 개선 전략을 수립하는데 한계가 있다. 또한, 물순환계의 변화량을 평가하기 위한 모형화 기법 역시 해외에서 개발된 기술을 여과 없이 도입하여 국내의 환경을 충분히 반영하기는 어렵다. 개발된 유역 물순환 개선 및 평가시스템은 기존 국가연구개발사업을 통해 개발되고 사업화에 성공한 바 있는 유역 물순환 평가 모형인 CAT(Catchment hydrologic cycle Assessment Tool)을 수정 및 개선하여 기후변화에 따른 영향을 평가하고 적응 대책을 수립하기 위한 실무적인 소프트웨어이다. 침투트렌치, 식생침투트렌치, 습지, 저류지, 빗물탱크 등의 물순환개선시설에 대한 효과를 평가할 수 있도록 개별시설의 제원에 따른 물순환개선 효과를 정량적으로 평가하여 제시한다. 기후변화에 따른 장기간의 유역 물순환을 평가하기 위해서는 물리적 매개변수 기반의 수문해석 보다는 단순환된 개념적 매개변수 기반의 집중형 장기유출 해석이 필요할 수 있다. 따라서 국내외에서 많이 사용되고 있는 장기 일유출 모형(GR4J, GSM, HBV, SYMHYD, TANK, TPHM 등)을 유역 물순환 개선 평가 플랫폼에 탑재함으로써 소유역의 특성을 반영한 기후변화 적응 일유출 해석이 가능하도록 하였으며, 각 모형들의 매개변수는 수동보정 외에도 SCE-UA를 이용한 자동보정이 가능하도록 시스템으로 구축하였다. 개발된 유역물순환 개선 및 평가시스템은 실무적 차원에서 기후변화에 따른 유역 물순환 개선 기술을 적용하고 평가하는데 있어서 매개변수 입력자료 구축에 따른 자원 소요 시간 및 시스템 개발 비용을 획기적으로 단축시켰으며 국외 의존도가 높은 수문 해석모형을 국내 기술로 개발함으로써 기술자립도를 높이고 국내 및 해외의 유역의 성공적인 적용을 통하여 성능을 입증하였다. 기후변화에 따른 수자원의 재평가, 개선시설의 정량적 평가 및 하천유역의 수자원관리 실무에 적용성이 높을 것으로 기대된다.

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On Study of Runoff Analysis Using Satellite Information (위성자료를 이용한 유출해석에 관한 연구)

  • Kang, Dong Ho;Jeung, Se Jin;Kim, Byung Sik
    • Journal of Korean Society of Disaster and Security
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    • v.14 no.2
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    • pp.13-23
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    • 2021
  • This study intended to assess the reliability of topographic data using satellite imaging data. The topographical data using actual instrumentation data and satellite image data were established and applied to the rainfall-leak model, S-RAT, and the topographical data and outflow data were compared and analyzed. The actual measurement data were collected from the Water Resources Management Information System (WAMIS), and satellite image data were collected from MODIS observation sensors mounted on Terra satellites. The areas subject to analysis were selected for two rivers with more than 80% mountainous areas in the Han River basin and one river basin with more than 7% urban areas. According to the analysis, the difference between instrumentation data and satellite image data was up to 50% for peak floods and up to 17% for flood totals in rivers with high mountains, but up to 13% for peak floods and up to 4% for flood totals. The biggest difference in the video data is Landuse, which shows that MODIS satellite images tend to be recognized as cities up to 60% or more in urban streams compared to WAMIS instrumentation data, but MODIS satellite images are found to be less than 5% error in forest areas.

A Study on Selection of Standard Scenarios in Korea for Climate Change (기후변화 표준 시나리오 선정에 관한 연구)

  • Lee, Jae-Kyoung;Kim, Young-Oh
    • Journal of Climate Change Research
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    • v.1 no.1
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    • pp.59-73
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    • 2010
  • One of the most important issues for projecting future water resources and establishing climate change adaptation strategies is 'uncertainty'. In Korea, climate change research results were very heterogeneous even in a same basin, but there have been few climate change studies dealt with the uncertainty reduction. This is because emission scenarios, GCMs, downscaling, and rainfall-runoff models that were used in the previous studies were almost all different. In this research, fifty one GCM scenarios based A and B emission scenarios were downloaded and then compared with the observed values for a period from January 2001 to December 2008. The downloaded GCM scenarios in general simulated well the observed but did not simulated well the observed precipitation especially for the flood season in Korea. The accuracy of each GCM scenario was measured with the model efficiency, PDF-based, and Relative Entropy methodology. Among the selected GCM scenarios with three methodologies, the four common GCM scenarios(CGCM2.3.2(MRI-M, B1), MIROC3.2medress(NIES, B1), CGCM2.3.2(MRI-M, A2), CGCM2.3.2(MRI-M, A1B) were finally selected. Results of the four selected GCMs were heterogeneity and projected increases of precipitation for the Korean Peninsula by from 27.36% to 12.49%, respectively. It seems very risky to rely a water planning or a management policy on use of a single climate change scenario and from this research results. Therefore, the four selected GCM scenarios proposed quantitatively were considered firstly for the water supply in the dry season and the drought management strategy in the Korean Peninsula for the future.

Numerical Simulation of the Flood Event Induced Temporally and Spatially Concentrated Rainfall - On August 17, 2017, the Flood Event of Cheonggyecheon (시공간적으로 편중된 강우에 의한 홍수사상 수치모의 - 2017년 8월 17일 청계천 홍수사상을 대상으로)

  • Ahn, Jeonghwan;Jeong, Changsam
    • Journal of Korean Society of Disaster and Security
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    • v.11 no.2
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    • pp.45-52
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    • 2018
  • This study identifies the cause of the accident and presents a new concept for safe urban stream management by numerical simulating the flood event of Cheonggyecheon on August 17, 2017, using rain data measured through a dense weather observation network. In order to simulate water retention in the CSO channel listed as one of the causes of the accident, a reliable urban runoff model(XP-SWMM) was used which can simulate various channel conditions. Rainfall data measured through SK Techx using SK Telecom's cell phone station was used as rain data to simulate the event. The results of numerical simulations show that rainfall measured through AWSs of Korea Meteorological Administration did not cause an accident, but a similar accident occurred under conditions of rainfall measured in SK Techx, which could be estimated more similar to actual phenomena due to high spatial density. This means that the low spatial density rainfall data of AWSs cannot predict the actual phenomenon occurring in Cheonggyecheon and safe river management needs high spatial density weather stations. Also, the results of numerical simulation show that the residual water in the CSO channel directly contributed to the accident.

Evaluation of GPM satellite and S-band radar rain data for flood simulation using conditional merging method and KIMSTORM2 distributed model (조건부합성 기법과 KIMSTORM2 분포형 수문모형을 이용한 GPM 위성 강우자료 및 Radar 강우자료의 홍수모의 평가)

  • Kim, Se Hoon;Jung, Chung Gil;Jang, Won Jin;Kim, Seong Joon
    • Journal of Korea Water Resources Association
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    • v.52 no.1
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    • pp.21-33
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    • 2019
  • This study performed to simulate the watershed storm runoff using data of S-band dual-polarization radar rain, GPM (Global Precipitation Mission) satellite rain, and observed rainfall at 21 ground stations operated by KMA (Korea Meteorological Administration) respectively. For the 3 water level gauge stations (Sancheong, Changchon, and Namgang) of NamgangDam watershed ($2,293km^2$), the KIMSTORM2 (KIneMatic wave STOrm Runoff Model2) was applied and calibrated with parameters of initial soil moisture contents, Manning's roughness of overland and stream to the event of typhoon CHABA (82 mm in watershed aveprage) in $5^{th}$ October 2016. The radar and GPM data was corrected with CM (Conditional Merging) method such as CM-corrected Radar and CM-corrected GPM. The CM has been used for accurate rainfall estimation in water resources and meteorological field and the method combined measured ground rainfall and spatial data such as radar and satellite images by the kriging interpolation technique. For the CM-corrected Radar and CM-corrected GPM data application, the determination coefficient ($R^2$) was 0.96 respectively. The Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) was 0.96 and the Volume Conservation Index (VCI) was 1.03 respectively. The CM-corrected data of Radar and GPM showed good results for the CHABA peak runoff and runoff volume simulation and improved all of $R^2$, NSE, and VCI comparing with the original data application. Thus, we need to use and apply the radar and satellite data to monitor the flood within the watershed.